Tugas Siswa Angkatan 2006/2007 - atophysics's … · Web viewSeberkas sinar didatangkan pada cermin...

1

BAB IIGELOMBANG DAN OPTIKA

A. TEORI TENTANG CAHAYA

1. Teori Emisi Newton

Sir Isaac Newton (1642-1727), ilmuwan berkebsngsaan Inggris, berpendapat bahwa cahaya terdiri atas partikel-pertikel yang sangat kecil dan ringan yang di pancarkan oleh sumber cahaya dengan kecepatan sangat tinggi di sebut korpuskel.

Dengan teori emisi Newton menjelaskan perambatan lurus cahaya, peristiwa refleksi (pemantulan), dan refraksi (permbiasan ) cahaya.

a. Cahaya Meramambat LurusTeori mengenai cahaya rambat leurus dapat di buktikan, misalnya cahaya matahari yang masuk ke dalam rumah melalui lubang dinding atau melalui jendela tampak lurus, terbentuknya baying-bayang bendatidak tembus cahaya, seperti di lukiskan pada gambar di bawah ini. Fenomena gerhana matahri atau bulan, baik gerhan sebagian maupun gerhana total juga merupakan bukti bahwa cahaya merambat lurus.

b. Pemantulan Cahaya (Refleksi)Bila cahaya jatuh pada permukaan yang halus, cahaya tersebut dipantulkan dengan teratur. Hal yang sama terjadi pada partikel. Kelereng atau bola baja yang bergerak lurusmenumbuk dinding yang rata akan di pantulkan dengan teratur seperti cahaya.

c. Pembiasan Cahaya (Refraksi)Pada teri ini Newton menurunkan hokum pembiasan yang berdasarkan asumsi bahwa cahaya berjalan dalam kaca atau air lebih cepat daripada di udara, sebuah asumsi yang akhirnya terbukti salah.

2. Teori Gelombang HuygensMenurut Christian Huygens (1625-1695), ilmuwan berkebangsaan Belanda. Pada dasarnya cahaya sama dengan bunyi, perbedaanya terletak pada frekuensi dan panjang gelombangnya. Seperti halnya dengan perambatan bunyi memerlukan medium seperti halnya dengn perambatan dengan cahaya, Huygens memperkenalkan zat hipotek yang di sebut eter alam.

Tugas Fisika Tahun Pelajaran 2006/2007, RANGKUMAN MATERI

2

Huygens dapat menjelaskan pemantulan cahaya (refleksi) dan pembiasan cahaya (refraksi), dengan asumsi bahwa cahaya berjalan lebih lambat di dalam kaca atau air daripada di udara, namun tidak dapat menerangkan tentang perambatan cahaya lurus.

a. Perambatan Cahaya menurut HuygensPerambatan gelombang cahaya dalam ruang hampa dapat di gambarkan menggunakan merode geometris, yang sekarang di kenal sebagai prinsip Huygens atau Konstruksi Huygens.

b. Pemantulan Cahaya (Refleksi)Gambar di bawah ini menunjukan pemantulan gelombang cahaya menurut Huygens. Gelombang datar abc datang pada XY, bidang batas antara medium I dan II. Pada saat gelombang datar abc mencapai kedudukan def, bagian muka gelombang a tepat sampai pada bidang batas di d, dengan sudut datang I, sedangkan muka gelombanng c untuk sampai pada bidang batas masih harus menempuh jarak fk. Dari a telah dikirim gelombang elementer di dalam mesium I yang merupakan bola berjari-jari R = fk.

c. Dengan asa Huygens peristiwa pembiasan cahaya dapat dijelaskan pada gambar di bawah ini :

Cepat rambat gelombang dalam masing-masing medium v1 dan v2, saat muka gelombang a datang sampai pada bidang batas di d, muka gelombang b an c masih barada di e dan . Agar muka gelombang c sampai pada bidang batas di k, ia masih harus merambat sejauh fk dalam waktu t detik. Sementara dalam selang waktu tersebut muka gelombang a telah merambat dalam medium II sampai di g, seingga fk = v1, t dan dg = v2 t.

Misalkan perbandingan cepat rambat gelombang pada kedua medium v1: v2 = 5:3, penjalaran muka gelombang a pada medium II dapat di lukiskan dengan bola ber jari-jari R = 3/5 fk. Apabila di lukis bidang singgung pada bola yang berjari-jari R tadi dan melalui titik k maka lukisan bidang singgung tersebut akan menyinggung pada semua bola yang berpusat di titik-titik antara d dan k. Jadi, klm adalah muka gelombang yang baru setelah dibiaskan di dalam medium II. Arah rambatan gelombang yang di biaskan tegak lurus muka gelombang klm ini. Didapatkan pula bahwa:

< I = < fdkdan < r = < dkm

sehingga sin i/sin r = kf : dm dk dk

= kf/dm

= 5 = v1 3 v2


3

3. Teori Gelombang Elektromagnetik Maxwell

Pada tahun 1860, James Clerk Maxwell (1831- 1879), seorang ilmuwan berkebangsaan Skotlandia, mempublikasikan teori matematisnya tentang elektromagnetisme. Maxwell memprekkdisikan keberadaan gelombang-geleombang elektromagnetik yang setelah di hitung dengan hokum-hukum kelistrikan dan kemagneten di hasilkan besaran cepat rambat gelombang elektromagnetik (sama dengan cepat rambat cahaya) bernilai 3 × 108 m/s.

Jadi, dapat di simpulkan bahwa cahaya itu adalah gelombang elektromagnetik. Pernyataan ini di perkuat oleh para ilmuwan berikut.a. Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894), ilmuwan berkebangsaan Jerman, yang

membuktikan bahwa gelombang elektromagnetik merupakan cahaya transversal, sesuai dengan kenyataan bahwa cahaya juga gelombang transversal yang dapat di buktikan dengan peristiwa polarisasi.

b. Pieter Zeeman (1852-1943), ilmuwan berkebangsaan Belanda, yang membuktikan dengan percobaan bahwa berkas cahaya dipengaruhi oleh medan magnetik.

c. Yohanes Stark (1874-1957), ilmuwan berkebangsaan Jerman, yang membuktikan dengan percobaan bahwa berkas cahaya dipengaruhi oleh medan listrik yang sangat kuat.Dengan demikian, teori gelombang elektromgnetik yang dikemukakan oleh

Maxwell ini menjadi lebih mantap setelah di perkuat oleh Hertz, Zeeman, dan Star. Namun masih terdapat kelemahan, yaitu tidak dapat menjelaskan terjadinya gejala fotolistrik.

4. Teori Kuantum PlanckPlanck menyatakan bahwa energi cahaya terkumpul dalam paket-paket kecil

atau kuatum . Kuantum energi cahay di namakan foton. Besar energi yang dipancarkan dalam bentuk foton oleh Planck dinyatakan sebanding dengan frekuensi cahaya. Dinyatakan dalam persamaan :

Keterangan :E = energi foton dalam satuan joule (J)H = konstanta Planck = 6,63 × 10-34 joule, sekon (J.s)F = frekuensi gelombang cahaya, dalam satuan hertz (Hz)

5. Dualisme Gelombang PartikelEinstein menyatakan bahwa cahaya mempunyai sifat kembar (dualisme), yaitu sifat gelombang dan sifat materi (partikel). Sifat gelombang atau sifat materi itu bergantung pada cara mengamatinya. Einstein berhasil menerangkan gejala fotolistrik, yaitu pemancaran electron-elektron oleh logam karena penyinaran sinar ultraviolet atau sinar roentgen.

B. OPTIK GEOMETRIK

1. Optik Geometrik

a. Hukum Pemantulan Snellius


E = h . f

4

Pemantulan cahaya pada permukaan rata pertama kali diamati oleh Willebord Snellius (1851- 1626), seorang ilmuwan berkebangsaan Belanda.Kesimpulan dari hasil pengamatannya di sebut hokum pemantulan Snellius

yang menyatakan :1) Sinar datang, garis normal, dan sinar pantul terletak pada satu bidang

datar;2) Sudut datang sama dengan sudut pantul.

Alat yang digunakan untuk membuktikan hokum snellius disebut cakra optik. Alat ini tersiri atas busur lingkaran yang dilengkapi dengan cermin datar pada pusatnya.

Seberkas sinar didatangkan pada cermin cakra optik dengan sudut datang yang dapat diubah-ubah. Dengan alat itu dapat dibuktikan bahwa sudut datang selalu sama dengan sudut pantul.

b. CerminCermin adalah benda yang dapat meemantulkan hampir seluruh cahaya yang

datang. Permukaan cermin bersifat memantulkan cahaya secara teratur.Berdasarkan bentuk permukaannya, cermin di bedakan atas dua jenis, yaitu

cermin datar dan cermin lengkung.

1) Cermin DatarApabila seberkas cahaya didatangkan pada permukaan cermin datar maka cahaya tersebut dipantulkan kembali. Berkas cahaya yang datang tegak lurus di cermin dipantulkan berimpit dengan sinar datang. Apabila sinar datang condong kesebelah kiri maka sinar pantul condong kearah kanan.

Titik A’ (bayangan A) merupakan titik perpotongan perpanjangan sinar-sinar pantul, dinyatakan sebagai bayangan maya, negatif.Karena I = r dan θ = θ’Maka tan θ = tan θ’


5

h = hs -s’sehingga

Hal ini menunjukan bahwa kedudukan benda dan bayangan berjarak sama terhadap cermin. Tanda negatif pada persamaan di atas menunjukan bayangan maya.

Perbesaran bayangan pada cermin datarPerbesaran bayangan yang di bentuk oleh cermin adalah perbandingan antara

tinggi bayangan dan tinggi benda.Pada gambar 7.12 di lukiskan sebuah benda AB dengan tinggi h terletak di

depan cermin datar dan A’B’ dengan tinggi h’ yang merupakan bayangan benda tersebut.

Secara matematis dapat dinyatakan bahwa :tan θ = h = h

s -s’karena s = -s’maka h = h’

Perbasaran bayangan (M) yang dibnetuk oleh cermin :

Jadi, bayangan yang dibentuk oleh cermin datar sama besar dengan bendanya.2) Cermin Lengkung

Adalah cermin yang permukaan pantulnya berupa bidang lengkung. Cermin lengkung yang memiliki permukaan pemantul berupa bidang cekung di sebut cermin cekung. Sedangkan yang memiliki permukaan pemantul berupa bidang cembung di sebut cermin cembung.

Jika jarak benda, jarak bayangan, dan jari-jari kelengkungan permukaan bidang pemantul dinyatakan s, s’, dan R maka untuk besaran itu berlaku ketentuan sebagai berikut.

(1) Semua jarak diukur dari permukaan bidang pemantul(2) Jarak benda s dinyatakan positif apabila arah pengukuran benda

berlawanan dengan arah sinar datang.(3) Jarak bayangan s’ dinyatakan positif apabila arah pengukuran

sama dengan sinar pantul.(4) Jari-jari kelengkungan R dinyatakan positif apabila arah

pengukurannya sama dengan arah sinar pantul.

a) Cermin CekungCermin cekung di sebut juga cermin konkaf atau cermin positif.Pada gambar 7.13 di lukiskan cermin cekung. Titik P di sebut titik pusat kelengkungan cermin dan titik o di sebut vertex. Garis yang melalui titik O dan P di sebut sumbu utama cermin. Titik A adalah benda A’ bayangan yang dibentuk oleh cermin. OA adalah jarak benda (s) dan OA’ adalah jarak bayangan s’.


s = s’

M = h = 1 h'

6

(1) Hubungan jarak benda,jarak bayangan, dan jari-jari kelengkungan cermin Dari gambar 7.13 secsrs mstemstis dapat dinyatakan bahwa

Keterangan:R = jari-jari kelengkungan cermins = jarak bendas’ = jarak bayangan

(2) Fokus atau titik apiFokus atau titik api adalah bayangan dari titik cahaya (benda) yang letaknya jauh tak terhingga.Titik fokus merupakan pemusatan semua sinar yang datang sejajar dan dekat dengan sumbu utama.Titik fokus dinyatakan dengan symbol F, jaraknya terhadap cermin dinyatakan dengan symbol f.

Apabila benda jauh tak terhingga, s = ~ dan s’ = f, persamaan 7.3 dapat dinyatakan: 2 = 1 + 1R ~ fMaka

...........................(7.4)

dan persamaan 7.3 dapat di tuliskan:

Keterangan :f = jarak fokuss = jarak bendas’ = jarak bayangan

(3) Perbesaran bayanganGambar 7.15 melukiskan pembnetukan bayangan benda AB oleh cermin cekung dan A’B’ merupakan bayangannya.

Dari Gambar 7.15 dapat dinyatakan bahwa:< AOB = < A’OB’

dan <OAB = <OA’B’


2 = 1+ 1 R s s'

f = 1 R 2

7

sehingga’A’B’ = A’O’ABh’ = s’h sJadi, perbesaran bayangannya adalah

...................(7.6)

Keterangan :M = perbesaran dan bayanganh’ = tinggi bayanganh = tinggi bendas’ = jarak bayangans = jarak bendaTanda harga mutlak pada persamaan 7.6 menunjukan bahwa perbesaran bayangan selalu bernilai positif.

b) Cermin CembungCermin cembung disebut juga cermin konveks atau cermin negatif. Karena pusat

kelengkungan P dan titik fokus F di belakang kelengkungan (pada arah sinar datang) maka pada cermin cembung nilai R dan f negatif.

Gambar 7.17 melukiskan pembentukan bayangan dari benda yang berupa titik A oleh cermin cembung. Titik A adalah bayangannya.

gambar 7.17 Pembentukan bayangan oleh cermin cembung

Dari gambar 7.17 sinar datang AB dan AO dipantulkan dalam arah BC dan OA yang perpanjangannya berpotongan di A’. Garis normal PB membagi sudut luar AA’B, secara matematis dapat dinyatakan : PA’ : PA = BA’ : BA.Jika AB sinar paraksial (sinar yang dekat dengan sumbu utama) maka berlaku :

Karena maka Persamaan 7.7 dapat dituliskan :

Keterangan :f = jarak fokuss = jarak bendas’ = jarak bayangan


M = h' = s' h s

mmmm

8

Perbesaran bayangan pada cermin cembung dirumuskan pula :

Amatilah gambar pembentukan bayangan oleh cermin cembung di bawah ini dan buatlah kesimpulan-kesimpulan sendiri!

c) Pembentukan Bayangan Oleh Dua Cermin Saling BerhadapanPembentukan bayangan oleh dua cermin yang dipasang saling berhadapan berlaku

untuk sistem yang terdiri atas dua cermin datar, dua cermin lengkung, ataupun gabungan cermn datar dan cermin lengkung.

Untuk sistem yang tersusun dari dua cermin lengkung maka sumbu utama kedua cermin harus diletakkan berimpit.

Sinar diarahkan dari benda ke salah satu cermin, kemudian dipantulkan ke cermin lain hingga terbentuk bayangan akhir. Gambar 7.19 melukiskan pembentukan bayangan oleh dua cermin lengkung yang dipasang berhadapan.

Benda AB terletak diruang II cermin cekung I. Sinar datang dar benda ke cermin cekung I hingga terbentuk bayangan di ruang III. Bayangan yang dibentuk oleh cermin cekung I merupakan benda untuk cermin cembung II. Oleh cermin II dibentuk bayangan di ruang I yang merupakan bayangan akhir untuk satu proses pembentukan bayangan oleh kedua cermin. Jarak antara kedua cermin ialah :

Keterangan :


ssM '

9

d = jarak kedua cermin = jarak bayangan yang dibentuk oleh cermin I = jarak benda untuk cermin II

Perbesaran bayangan pada pembentukan bayangan oleh dua cermin yang dipasang saling berhadapan disebut perbesaran total. Besarnya dirumuskan sebagai berikut :

- Perbesaran oleh cermin I : M1 =

- Perbesaran oleh cermin II : M2 =

- Perbesaran total : M = M1 M2

c. Pembiasan Cahaya Apabila seberkas cahaya jatuh dari udara ke permukaan air, sebagian kan dipantulkan

kembali ke udara dan sebagian lagi akan diteruskan masuk ke dalam air. Arah perambatan berkas cahaya yang masuk ke dalam ir ternyata tidak sama degan arah berkas cahaya yang datang. Pada bidang batas udara air (permukaan air) arah perambatan cahaya mengalami pembelokan. Peristiwa itu disebut pembiasan cahaya.

Pembiasan cahaya terjadi karena cahaya merambat dari satu medium ke medium lain yang kerapatan optiknya berbeda. Rapat optik adalah sifat dari medium tembus cahaya (zat optik) dalam melewatkan cahaya.

Pembiasan cahaya yang merambat dari udaa masuk ke dalam air terjadi karena air memiliki kerapatan yang lebih besar daripada udara sehingga laju cahaya dalam air lebih rendah dibanding laju cahaya di udara.

Adanya peristiwa pembiasan cahaya menyebabkan dasar kolam tampak lebih lebih dangkal dari yang sebenarnya, ikan dala kolam tampak lebih dekat ke permukaan, tongkat yang tercelup dalam air sebagian tampak patah, dan sebagainya.Perhatikan Gambar 7.20 !


10

Gambar 7.21 melukiskan gelombang datar ABC yang datang pada bidang batas antara dua medium yang kerapatan optiknya berbeda (misalnya antara udara dan air).

Gambar 7.21 Pembiasan cahaya pada bidang batas udara dan air

Pada saat gelombang datar mencapai kedudukan DEF titik A tepat mencapai bidang batas, sedangkan titik F untuk mencapai bidang batas masih harus menempuh jarak FI. Apabila cepat rambat cahaya di udara v dan dalam kaca v2 waktu yang diperlukan titik F untuk mencapai titik I pada bidang batas adalah t maka :

Pada saat yang sama, muka gelombang yang ditimbulkan oleh D telah mencapai titik G, sehingga DG = v1 t

Menurut Huygens pada setiap pembiasan gelombang cahaya berlaku hubungan antara sudut datang i dan sudut bias r, sebagai berikut.

Karena FI = v1 tDG = v2 t

Serta v1 dan v2 adalah besaran yang tetap maka :

tetap


11

Keterangan :i = sudut datangr = sudut biasv1 = kecepatan cahaya pada medium 1v2 = kecepatan cahaya pada madium 2

1) Indeks BiasApabila nilai tetap pada persamaan 7.12 dinyatakan dengan n maka :

dan

nrelatif

bilangan n relatif itu itu selanjutnya disebut indeks bias relatif air terhadap udara (nu)

n21=

Keterangan n21 = indeks bias relatif zat optik 2 terhadap zat optik 1V1 = kecepatan cahaya dalm zat optik 1V2 = kecepatan cahaya dalam optik zat 2

Indeks Bias Mutlak

n =

keterangan n = indeks bias mutlak zat optikc = kecepatan cahaya diruang hampa = 30 x 108 m/sv = kecepatan cahaya dalam optik

jika indeks bias relatif dinyatakan dalam indeks bias mutlak maka:

n1 = v1 =

n2 = v2 =


12

jadi,

atau

Keterangan :n1 = indeks bias mutlak zat optik 1n2 = indeks bias mutlak zat optik 2

Tabel 7.1 menyajikan indeks bias mutlak beberapa zat.

Tabel 7.1 Indeks bias mutlak beberapa zat

Zat Indeks BiasAirBensinEsEtanolIntanKaca flintKaca kronKaca kuarsaUdara

1,331,381,311,362,421,531,651,541,00

2) Hukum SnelliusHukum Snellius ditunjukkan dengan cakra optik.

Pada gambar 7.22 digamrkan keping kaca yang kecil yang berebntuk setengah lingkaran dilekatkan pada cakra optik dan seberkas cahaya mengenalinya.


13

Dari percobaan tersebut, hukum snellius menyatakan :1. sinar datang garis normal, dan sinar bias terleatk pada satu bidang datar.2. perbandingan sins sudut datang dan sins suduut bias untuk dua medium tertentu

meupakan bilangan tetap.3. Pemantulan Total Apabila seberkas sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik yang kurang rapat maka sudut biasnya lebih besar daripada sudut datangnya. Makin besar sufut datnganya, makin besar pula sudut biasnya.Apabila sudut datang diperbeasr lagi, stuau sudut bias mencapai haga maksimum yaitu 90 0

pada sat itu sudutdatang (i) disebut sudut batas atau sudut (Ik).

Jika sinar merambat dari satu zat ke udara atau ruang hampa maka n1 = nn2 = 1persamaan 7,18 dapat dituliskan :

………………………….(7,21

keterangan :kk = sudut kritis n = indeks bias mutlakjika sudut datang dipebesar lagi, sinar itu tidak lagi dibiaskan tetapi dipantulkan. Peristiwa itu disebut pemantulan sempurna atau pemantulan total.


14

Jadi syarat agar terajdi pemantulan adalah :1. sinar datang dari zat optik rapat ke zat optik renggang2. sudut datang lebih besar daripada sudut batas.

Gejala-gejala yangdisebabkan oleh pemnatulan total antara lain terjadinya fatamorgana yang berjalan tampak berkilauan.

4. Pembiasan Cahaya pada Permukaan LengkungMenurut hukum snellius

]

jika AB merupakan berkasa sinar paraksial maka berlaku :

pada ABP : I = BAP + BPA =

pada BPA1 : r = PA - BA1P=

Jadi

Karena AB sinar paraksial maka sudut-sudut untuk ssdut-sudut yag kecil, besar sudut dapat diganti dengan tangennnya atau sinusnya dan BO boleh dianggap tegak lurus sumbu.

Jadi

keterangan :n1 = indeks bias mutlak zat optik 1n2 = indeks bias mutlak zat optik 2s = jarak benda kepermukaan lengkungs1 = jarak bayangan kepermukaan lengkung R = jari-jari kelengkungan

Nilai s1 s1. dan R memiliki ketentuan sebagai berikut :

1. Semua jarak diukur dari belakang bidang pembuas ke mtitik yang berasngkutan .2. jarak benda s bernilai positif jika arah pengukuran berlwanan dengan sinar datang


15

3. jarak bayangan s1 berbnilai positif jika arah pengkuran sama dengan arah sinar bias.4. jari-jari kelengkungan R bernilai positif jika arah pengkuran sama dengan arah sinar

bias.

d. Lensa lensa yang permukaan lengkungnya berupa bagan permukaan bola disebut lensa sferis .

Lensa adalah zat optik yang dibatasioelh dua permkaan lengkung atau suatu permukaan lenglkung dan satu permukaan datar.

Lensa sferis memiliki dua permukaan lengkung. Garis yang menghbungkan kesua pusat kelengkungan lensa disebut sumbu utama lensa.

1. Jenis-jenis lensa Berdasarkan sifat pembiasan, lens adibedakan menjadi dua jenis, yaitu lensa konvergen dan lensa divergen.

1) Lensa konvergen, adalah lensa yang bersifat memencarkan berkas sinar sejajar. Lensa itu dapat dikenali dari bagian tengahnya yang lebih tebal daripada bagian tepinya.

2) Lensa Divergen, adalah lensa yang bersifat memencarkan berkas sinar sejajar, lensa divergen disebut juga lensa cekung atau lensa negatif.

2. Sifat Umum Lensa Pada lenssa cembung berlas sinar dibiaskan ke satu tiitik di belakang ;lensa sedangkan pada lensa cekung dibiaskan seolah-olah berasal dari satu titik dibelakangan lensa, sedangkan pada


16

lensa cekung dibiaskan seolah-olah berasal dari satu titik depan lensa. Titik itu disebut titik fokus utama atau titik api utama lensa.Uintuk lensa cembung titik fokus utama bersifat nyata sebab merupakan titik potong sinar bias, sedangkan untuk lensa cekung merupakan titik potong perpanjangan sinar-sinar bias.Untuk lensa tipis dengan menganggap bahwa tebal lensa dapat diabaikan digambarkanb dengan sebuah garis lurus dan dilengkapi dengan tanda (+) atau (-). Tanda (+) untuk menyatakan cembung dan (-)untuk menyatakan cekung .

Seperti halnya pada cermin. Untuk menytakaan kedudukan ebenda ataupun bayangan yang diadakan pembagian ruang. Akan teapi, untuk lensa benda dan ruang bayangan dibedakan seperti lukisan pada gambar 7.29 (a) dan (b).

3. embentukan bayangan pada lensa


17

Pembentukan bayanga pada lensa dilukiskan dengan sinar-sinar istimewa.a. sinar istimewa pada lensa cembung :

b. sinar istimewa pada lensa cekung

c. contoh lukisan pembentukan bayangan 1) lensa cembung

(a) benda nyata di ruang III

(b) benda nyata di ruang I


18

(c) benda nyata di ruang IV

(d) benda maya di ruang I

4. Hubungan antara jarak benda, jarak bayangan, jarak fokus lensaPada gambar 3.7 dilukiskan sebuah titik cahaya A pada sumbu utama lensa. Oleh kelengkungan I berbentuk bayangan A0 yang merupakan benda maya untuk kelengkungan II. Oleh kelengkungan II berbentuk bayangan A1

Maka


19

Keterangan :s = Jarak benda dari lensa s1 = jarak bayangan dari lensa n21 = indeks bias relatif lensa terhadap zat optik di sekitarnya R1 dan R2= jari-jari kelengkungan Jika s = maka ~ maka s = f sehingga persamaan 7.24 dapat dinyatakan

…………………..(7.25)

ketarangan :f = jarak fokus lensa hubungan jarak benda, jarakbaangan, dan jarak fokus lensa dapat duirumuskan :

……………………………..(7.26)

5. pembesaran bayangan jika tinggi benda h, tinggi bayangan h1 maka pembesaran linear adalah

………………………………..(7.27)

persamaan yang akan kita peroleh berlaku juga lensa cekung.

Gambar 7.37 melukiskan benda AB s dari lensa cembung A1 B1 yaitu bayangan AB yang berjarak s1 dari lensa.

Perhatikan △AOB dan △A1 OB1

Jadi, perbesaran linear pada lensa :

……………………………………(7.28)

keterangan :M = perbessaran bayangan linear Hi = tinggi bgayanganh = tinggi benda s1 = jarak baynagan dari lensa s = jarak benda dari lensa

karena kemungkinan nilai s dan atau s1 negatif maka tanda harga menunjukkan bahwa nilai perbesaran linear selalu positif.


20

e. kuat leansa kemampuan mengumpulkan memancarkan sinar disebut kuat lensa.Perubahan arah sinar dibiaskan lensa semakin besar. Apabila jarak fokusnya makin besar mkaka

nilai sebalikny apabila jarak fikusnya makin kecil maka nila makin besar.

Keterangan :P = jarak ;lensa dalam satun dipoptriF = jarak fokus dalam satuan meter. ALAT-ALAT OPTIK

Alat optik adalah alat yang bekerjaberdasarkan sifat-sifat gelombang ysng dimiliki cahaya. Alat optik yang terpenting adalah mata.

Karena daya penglihatan manusia terbatas maka dibuat alat-alat optik yang dapat membantu daya penglihatan manusia, antara lain:

1. Mata dan Kacamata

a. MataMata mempunyai bentuk menyerupai bola, seperti yang ditunjukan pada Gambar 7.38. Garis tengah bola mata lebih kurang 2,5 cm. Bagian depan berupa lengkungan yang dilapisi selaput membrane yag kuat yang menembus cahay. Selaput itu di sebut kornea. Dibelakang kornea terdapat cairan agueos humor. Lebih ke dalam lagi terdapat lensa dari bahan bening, berserat dan kenyal yang disebut lensa kristalin. Lensa kristalin berfungsi untuk mengatur pembiasan cahaya yang masuk ke mata. Lensa kristalin diperkuat oleh otot-otot mata. Pada bagian depan lensa terdapat selaput yang membentk celah lingkaran yang memberi warna mata yang disebut iris. Celah lingkaran yang dibentuk iris disebut pupil. Lebar pupil diatur oleh iris.

Bagian-bagian mata:(1) kornea (2) aqueous humor(3) lensa kristalin(4) iris(5) pupil(6) otot mata(7) vitreus humor(8) retina(9) bintik kuning(10) saraf optic


21

Iris berfungsi sebagai difragma, yaitu mengatur leber celah mata. Sedangkan pupil berfungsi sebagai pengatur jumlah cahaya yang masuk ke mata. Pupil secara otomatis membesar saat ada sedikit cahaya yang masuk kemata dan mengecil apabila jumlah cahaya yang masuk ke mata benyak. Ditempat yang gelap pupil membesar agak lebih banyak cahaya yang masuk ke mata.

Di belakang lensa kristalin terdapat cairan bening atai vitreus humor yang sebagian besar terdiri dari air. Bagian belakang dinding dalam bola mata tertutup oleh suatu lapisan yang disebut retina. Retina merupakan lapidan yang aberisi ujung-ujung syaraf yang berasal dari urat syaraf optik. Pada baigian tengah retina terdapat lengkungan yang disebut bintik kuning. Lengkungan bintik kuning merupakan bagian yang paling peka terhadap retina.

Adanya kesan melihat suatu benda jika berkas cahaya dari benda yang masuk kemata dibiaskan lensa dan berpotongan diretina. Otot-otot yang menggerakkan mata selalu memutar biji mata agar bayangan benda yang diamati jauh di daerah bintik kuning.

Mata normal dapat melihat suatu benda dengan jelas untuk suatu objek yang terletak antara jarak kira-kira 25 cm di depan mata sampai jarak tak terhingga. Dalam keadaan bebas mata normal membentuk bayangan nyata di retina dari suatu objek di tempat tak terhingga. Sedangkan untuk melihat benda pada jarak tak terhingga, otot-otot pengatur lensa mata berkontraksi membentuk lensa kristalin menjadi lebih cembung. Jarak fokus lensa mata menjadi lebih pendek sehingga bayangan dapat terbentuk pada retina. Proses penyesuain lensa mata dengan jarak objek yang diamati di sebut akomodasi. Kemempuan mata untuk memperbesar kekuatan lensanya sehingga sesuai dengan jarak objek yang diamtai disebut daya akomodasi.

Selama mata melihat jauh, mata tidak berakomodasi. Jarak tak terhingga suatu benda yang masih dapat dilihat dengan jelas oleh mata normal di sebut titik jauh atau punctum remotum (PR). Jarak terdekat suatu benda yang dapat dilihat dengan jelas oleh mata normal disebut titik dekat atau punctum proximum (PP). Jika mata nelihat benda yang terletak di titik dekat, mata berakomodasi sekuat-kuatnya atau berakomodasi maksimum.

b. Cacat MataCacat mata di sebabkan oleh tidak sempurnanya bagian-bagian mata. Mata yang memiliki

titik jauh di tempat tak terhingga di sebut mata emetrop. Mata emetrop yang mempunyai titik dekat ± 25 cm di sebut mata normal dan memilki titik dekat lebih dari 25 cm di sebut mata presbiop. Mata presbiop disebabakan oleh berkurangnya daya akomodasi karena usia tua.

Mata yang memiliki titi kjauh tidak di tempat tak terhingga disebut mata ametrop. Mata ametrop yang memiliki titik jauh dan titik dekat terlalu kecil disebut mata miop, sedangkan mata yang memiliki titik jauh dan titik dekat terlalu besar disebut mata hipermetrop. Gambar 7.40 menunjukan perbedaan mata emettrop dan ametrop.


22

Mata miop di sebabkan lensa mata terlalu kuat dalam membiaskan sinar sehingga sinar-sinar dari benda pada jarak tak terhingga difokuskan didepan retina.

Mata himetrop disebabkan lensa mata terlalu lemah dalam membiaskan sinar sehingga sinar-sinar sejajar dari bendaditempat tak terhingga difokuskan kebelakang retina.

Cacat mata lain adalah astigmatisma. Cacat itu disebabkan oleh lengkungan kornea tidak berbentuk bola, tetapi lebih condong kesalah satu sisi. Mata yang mempunyai cacat astigmatisma tidak dapat melihat garis-garis vertikal dan horizontal secara bersama-sama.

c. KacamataMata miop memiliki titik jauh lebih dekat dari tak terhingga. Jika hendak melihat benda

pada jarak yang jauh harus dibantu dengan lensa negatif. Fungsi lensa negatif adalah untuk menggeser kedudukan benda menjadi lebih dekat sehingga mata dapat membentuk bayangan dari benda tepat di retina.

Kacamata negatif dapat dipakai terus untuk melihat dekat ataupun jauh.


23

Mata presbiop kerana usia lanjut dan cacat mata hipermetrop mempunya ikelainan sama, yaitu titik dekatnya lebih jauh dati mata normal. Untuk melihat benda pada jarak baca mata normal dengan jelas harus di Bantu dengan lensa positif yang dapat membentuk bayangan benda itu labih jauh dari jarak baca mata nirmal. Fungsi lensa positif itu bukan untuk membuat benda menjadi kelihatan lebih besar aat uterang, melainkan untuk menggeser kedudukan benda menjadi lebih jauh dari mata sehingga mata dapat membentuk bayangan tepat diretina.

Kacamata positif dapat dipakai terus bagi mata hipermetrop, baik untuk melihat dekat maupun jauh. Sedangkan pada mata presbiop untuk melihat jauh kacamata positif ini tidak perlu dipakai, sebab jika dipakai menyebabkan mata hanya dapat melihat pada jarak tertentu.

Untuk mata yang memiliki titik dekat terlalu jauh dan titik jauh terlalu dekat, ditolong dengan lensa bifocal, yaitu kacamata positif untuk melihat dekat dan kacamata negatif untuk melihat jauh yang disatukan .

Cacat mata astigmatisma membutuhkan kacamata yamg dalam segala arah tidak sama kuatnya, yaitu kacamata silindris atau kacamata toris.

2. Kamera

Salah satu alat optik dengan berbagai kompeksnya yang paling banyak dikenal sebagai kamera.

Dalam bentuk yang paling sederhana kamera terdiri dari kotak sedap cahaya, sebuah lensa positif di bagian depan, dan film peka cahaya pada bagian belakang untuk membentu bayangan dari suatu benda.

Kamera membentuk bayangan nyata yang tajam dari sebuah benda pada film fotografi. Ketajaman bayangan pada film dapat dicapai dengan menggeser lensa mendekati atau menjauhi film . Jumlah cahaya yang masuk ke kamera menentukan ketajaman bayangan pada film. Ketajaman tersebut dapat diatur dengan dengan dua cara, yaitu1. mengatur ukuran lubang difragma;2. mengatur lamanya waktu penyinaran.

Ukuran kubang difragma dapat diubah-ubah dengan cara mengatur diameter lubang difragma.

Diameter lubang difragma dapat diatur dalam fraksi-fraksi jarak fokus sistem lensa, sebagai berikut :


24

...................................................................................f menyatakan jarak fokus lensa.

Diameter-diameter it udikenal sebagai angka diafragma dengan kuadratnya berbanding lurus dengan luas lubang diafragma dan menunjukan jumlah cahaya yang dapat masuk ke kamera untuk masing-masing lubang pada saat tertemtu. Jadi, jumlah cahaya yang masuk ke kamera sebanding dengan........................................................................................Hal itu berarti bahea untu kwaktu yang sama, jumlah cahaya yang masuk pada angka diafragma f hampir dua kali lipat dibandingkan pada angka difragma f, jika angka diafragma diubah dari 2,8 4 f menjadi f. Agar jumlah cahaya yang masuk kamera terap mala waktu penyinaran pada angka 2,8 4diafragma f harus dua kali waktu penyinaran pada angka diafragma f .

4 2,8

3. Lup Untuk sudut-sudut kecil pebandingan sudut dapat dianggap sama dengan perbandingan tangen sudut.

keterangan :Ma = persebaran angularSo = jarak titi dekat matas = jarak benda

perbesrana lup jika mata berakomodasi pada jarak tertentu. Berdasarkan persamaan fokus lensa:

keterangan :

Mo = perbesraan angular So = jarak titik dekat mata F = jarak titik fokus lup Pada pengamatan dengan lup mata tidak berakomodasi maka benda harus diletakkan di titik fokus lup sehingga bayangan terbentuk jauh terhingga.Pembesaran angular untuk mata tidak berakomodasi:

4. mikroskop alat optik yang dapat digunakan untuk mengamati benda renik atau benda mikro yang disebut. Mikroskop mikroskop sederhana terdiri atas dua lensa positif yang masing-masing disebut lensa obyektif, yaitu lensa yang dekat engan benda yang diamamati dan lensa okuler, yaitu lensa yang dekat dengan mata. Lensa okuokuler pada mikroskop berfungsi sebagai lup. Jarak fokus lensa obyektif kecil daripada jarak fokus lensa okuler.a. pembentukan bayangan pada mikroskopberakomodasi dilukiskan seperti dalam gambar 7.50


25

benda yang diamati dengan mikroskop (preparat) diletakkan di ruang II obyektif, seihingga bayangan berbentuk di tuang III. Nyata, diperbsar.

b. Perbesaran bayangan pada mikroskop Perbesaran linear Perbesaran linear atau perbesaran panjang adalah perbandingan tinggi bayangan akhir dengan tinggi benda.

Mtotal =

Keterangan Mtotal = perbesaran lienar atau panjang s1

ob = jarak bayangan obyektifsob = jarak benda obyektifs1

ok = jarak bayanga okulersok = jarak benda okulerc. panjang mikroskop karena lensa obyketif an okuler berada pada ujung tabung disebut tubus panjang mikroskop aau mtubus dirumuskan :d=s1

ob+ sok

Karena lensa okuler mikroskop berfungsi sebagai lup maka untuk mata berakomodasi maksimum, perbesaran lensa okuler dapat diyatakan : persamaan 7.35 dapat dirumuskan menjadi :

b. mata tidak berakomodasi


26

bayangan benda oleh obyektif tepat fokus okuler sehingga bayangan yang dibentuk okuler ditempoa tak terhingga.

Untuk mata tidak berakomodasi perbesrana ngular pada okuler yang berfungsi sebagai lup dinyatakan :

persamaan 7.36 dirumuskan menjadi :

keterangan d = panjang mikroskop atau tubus s1

ob = jarak bayang obyektifsok = jarak benda okuler

5.teropong teropong adalah alat yang dapat digunakan untuk mengamati benda-benda yang jauh letaknya sehingga tampak lebih dekat dan lebih jelas.Untuk mengamati benda-benda angkas aseperti planet, bintang, dan komet digunakan teropong bintang. Sedang untuk mengamati benda=benda di bumi yang jauh letaknya digunakan teropong bumi.a. teropong bintangdisebut sebagai teropong astronomi atau teleskop

b. teropong bumi


27

teropong bumi juga teropong yojayana atau teropong medan. Dipakai untuk mengamati benda-benda dibumi.Bayangan yang dibentuk teropong harus tegak. Agar tidak mengganggu pengamatan. Teropong bumi menggunakan tiga lensa positif yaitu obyektif, okulaer dan lensa pembalik yang diletakkan di antara lensa obyektif dan okuler.1. mata tidak berakomodasijika mata pengamat yidak berakomodasi, bayangan dari lensa pembalik teletak di titik fokus lensa okuler.Pembesaran angular teropongjika benda yang dimatai di ~maka bayangan yang dibentuk obyektif kedudukannya tepat di titik fokus.

2. mata berakomodasi jika mata pengamat berakomodasi maka bayangan pembalik terletak diantara titik fokus dan pusat optik lenas okuler.

c. Teropong PrismaTeropong prisma menggunakan dua lensa positif sebagai objektif dan okuler serta sepasang

prisma segitiga sama kaki yang diletakkan diantara lensa objektif dan okuler. Prisma-prisma itu berfungsi memantulkan cahaya dengan pemantulan sempurna, seperti ditunjukkan Gambar 7.61

Teropong prisma dibuat biokuler, yaitu menggabungkan dua teropong secara berdampingan dengan jarak okuler yang disesuaikan dengan jarak mata pengamat


28

Gambar 7.61 (a) Teropong prisma (b) Pembalikan sinar pada prismaD. Gelombang Elektromagnetik1. Hipotesis MaxwellDengan mengkaji aturan dasar gejala kelistrikan dan kemagnetan James Clerk Maxwell mengemukakan suatu hipotesis sebagai berikut.Karena perubahan medan magnetik dapat menimbulkan medan listrik maka sebaliknya perubahan medan listrik akan dapat menimbulkan medan magnetikPercobaanya dilakukan dengan dua buah bola isolator yang diikatkan pada ujung pegas, kemudian diberi muatan listrik berbeda, satu bola diberi muatan positif, sedangkan bola yang lain diberi muatan negatif, seperti pada gambar 7.62.

Menurut Maxwell perubahan medan listrik ini akan menimbulkan perubahan medan magnetik maka akan timbul kembali medan listrik yag besarnya juga berubah-ubah. Apabila penjalaran medan listrik dan medan magnetik tersebut ditinjau pada satu arah saja maka dapat dilukiskan seperti Gambar 7.63


29

Gambar 7.63 Perambatan medan listrik dan medan magnetik

Perambatan medan listrik E dan medan magnetik B yang saling tegak lurus satu sama lain disebut gelombang elektromagnetikMenurut perhitungan Maxwell, kecepatan perambatan gelombang bergantung pada dua besaran, yaitu :1) Permitivitas listrik , dan2) permealibitas magnetik )

Dirumuskan :

C =

Apabila nilai permitivitas listrik = 8,85 x 10-12 C2/N.m2 dan nilai permeabilitas magnetik = 12,60 x 10-6 wb/A.m, diperoleh nilai kecepatan perambatan gelombang elektromagnetik c = 3 x 108 m/s sama dengan kecepatan perambatan cahaya di ruang hampa.Heinrich rudolph Hertz berhasil melakukan eksperimen yang menunjukkan gejala perambatan gelombang elektromagnetik, menggunakan aat yang serupa denagn induktor Ruhmkorff seperti dilukiskan pada Gambar 7.64

Gambar 7.64 Bagan eksperimen Hertz

2. Sifat Gelombang ElektromagnetikGelombang elektromagnetik memiliki sifat-sifat yang sama dengan cahaya yaitu sebagai berikut.

(a) Dapat merambat di ruang hampa(b) Merupakan gelombang transversal(c) Dapat mengalami pemantulan (refleksi)(d) Dapat mengalami pembiasan (refraksi)(e) Dapat mengalami interferensi(f) Dapat mengalami lenturan (difraksi)(g) Dapat mengalami polarisasi(h) Arah perambatannya tidak dibelokkan oleh medan listrik maupun

medan magnetik

3. Spektrum Gelombang Elektromagnetik


30

Berbagai jenis gelombang elektromagnetik hanya berbeda dalam frekuensi dan panjang gelombangnya. Hubungan kecepatan perambatan gelombang, frekuensi, dan panjang gelombang dinyatakan dalam persamaan :

Keterangan c = Kecepatan perambatan gelombang (m/s)f = Frekuensi gelombang (Hz)

= Panjang gelombang (m)

Tabel 7.2 Spektrum Gelombang Elektromagnetik


31

Spektrum gelombang elektromagnetik dengan urutan dari frekuensi besar ke frekuensi kecil adalah sebagai berikut :

a. Sinar gammab. Sinar Xc. Sinar ultravioletd. Cahay atau sinar tampake. Sinar inframerahf. Radarg. Gelombang televisi

h. Gelombang radio

Urutan spektrum gelombang elektromagnetik tersebut semakin kebawah panjang gelombangnya semakin besar.

3. Karakteristik dan Aplikasi Gelombang elektromagnetika. Sinar GammaSinar gamma merupakan gelombang elektromagnetik yang mempunyai frekuensi tertinggi dalam spektrum gelombang elektromagnetik, yaitu antara 1020 Hz sampai 1025 Hz. Panjang gelombangnya berkisar antara 10-5 nm sampai 0,1 nm. Sinar gamma berasal dari radioaktivitas nuklir, memiliki daya tembus yang sangat kuat, sehingga mampu menembus logam yang memiliki ketebalan beberapa sentimeterb. Sinar xSinar x mempunyai frekuensi antar 1016 Hz sampai 1020 Hz. Panjang gelombangnya antara 10-11 m sampai 10-8 m. Sinar tersebut dapat dihasilkan dengan menembakkan elektron pada permukaan logam didalam tabung hampa. Sinar x mempunyai daya tembus yag sangat kuat dan mampu menembus banyak zat padat, misalnya kayu, kertas, dan bahkan daging manusia.c. Sinar UltravioletSinar ultraviolet mempunyai frekuensi antara 1015 Hz sampai 1016 Hz. Panjang gelombangnya antara 10 nm sampai 100 nm. Sinar banyak dihasilkan dari radiasi sinar matahari dan juga atom-atom tereksitasi. Sinar ultraviolet yang dipancarkan matahari, menyebabkan sengatan matahari di samping membentuk vitamin D dalam badan juga dapat mencegah penyakit rakhitis.d. Cahaya atau sinar tampakCahay atau sinar tampa mempunyai frekuensi sekitar 1015 Hz. Panjang gelombangya antar 400 nm sampai 800 nm. Panjang gelombang terpendek dalam spektrum tersebut bersesuaian dengan cahaya violet (ungu dan yang terpanjang bersesuaian dengan cahaya merah. Dengan urutan seperti tabel 7.3 berikut ini.

Tabel 7.3 Spektrum Cahaya

Spektrum CahayaPanjang Gelombang Frekuensi

(x 1014 Hz)MerahJinggaKuningHijauBiruungu

6.200 - 7.8005.970 – 6.2205.700 – 5.9704.920 – 5.7704.550 – 4.9203.900 – 4.550

4,82 – 4,605,03 – 4,825,20 – 5,036,10 – 5,206,59 – 6,107,69 – 6,59

e. Sinar Inframerah


32

Sinar inframerah mempunyai frekuensi antar 1011 Hz sampai 1014 Hz, panjang gelombangnya lebih besar daripada sinar tampak. Sinar tersebut dapat dihasilkan oleh getaran atom-atom dalam bahan.Dalam bidang kedokteran radiasi inframerah diaplikasikan sebagai terapi medis, yaitu proses penyembuhan penyakit encok, terapi saraf, dan lain-lain.

f. RadarRadar kependekan dari radio detection and ranging, merupakan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi sekitar 1010 Hz panjang gelombangya kira-kira 3 mmGelombang radar diaplikasikan untuk mendeteksi suatu objek, memandu pendaratan pesawat terbang, membantu pengamatan di kapal laut dan pesawat terbang pada malam hari atau cuaca berkabut, serta untuk menentukan arah dan posisi dengan tepat. Antena rdar dapat berfungsi sebagai pemancar dan penerima gelombangMisalkan selang waktu antara pemancaran dan penerimaan radar adalah , kecepaatan perambatan radar c maka jarak sasaran dari pemancaran radar adalah

S = c.

Keterangan :S = Jarak sasaran dari pemancaran radarC = kecepatan perambatan radar

= selang waktu dipancarkan dan diterimanya radar

Gambar 7.65 Prinsip kerja radar

g. Gelombang radio dan televisiGelombang radio mempunyai frekuensi antara 104 sampai 109 Hz. Gelombang televisi mempunyai frekuensi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio.Informasi berupa suara yang dibawa gelombang radio dapat berupa perubahan amplitudo yang disebut amplitudo modulasi (AM) ataupun perubahan frekuensi yang disebut Frekuensi modulasi (FM)1. Gelombang radio AMGelombang radio AM mempunyai frekuensi antara 104 Hz sampai 1076 Hz Gelombang tersebut memiliki sifat mudah dipantulkkan oleh lapisan ionosfer bumi, sehinga mampu menjangkau jangkauan yang sangat jauh dari stasiun pemancar radio, Kelemahan gelombang radio AM


33

adalah terpengaruh oleh peristiwa-peristiwa kelistrikan diudara yang menggangu amplitudo gelombang, sehinga gelombang yang ditangkap pesawat radio kadang terdengar derau.

2) Gelombang radio FM mempunyai frekuensi sekitar 1018 Hz. Informasi yang dibawa dengan cara modulasi frekuensi (FM) lebih unggul dibanding cara modulasi amplitudo (AM), sebab gelombang radio FM tidak terpengaruh oleh peristiwa-peristiwa kelistrikan diudara, sehingga informasi yang ditangkap pesawat penerima lebih jernih. Tetapi disisi lain, gelombang radio FM tidak dapat dipantulkan lapisan ionosfer bumi sehingga tidak dapat menjangkau tempat-tempat yang jauh dipermukaan bumi

3. Gelombang TelevisiGelombang televisi mempunyai frekuensi sedikit lebih tinggi dari gelombang radio FM. Gelombang tersebut merambat lurus membawa informasi gambar dan suara ,tidak dapat dipantulkan oleh ionosfer bumi, sehingga untuk jangkauan yang jauh diperlukan stasiun penghubung (relai) dengan satelit ataupun yang ditempatkan dipermukaan bumi.


Tugas Siswa Angkatan 2006/2007 - atophysics's … · Web viewSeberkas sinar didatangkan pada cermin...

Documents

Transcript of Tugas Siswa Angkatan 2006/2007 - atophysics's … · Web viewSeberkas sinar didatangkan pada cermin...